《基於非線性成像模型標定的C形臂圖像校正方法研究》是依託北京航空航天大學，由孟偲擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於非線性成像模型標定的C形臂圖像校正方法研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：孟偲
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
圖像校正與成像參數標定是利用移動式C臂進行圖像手術導航的關鍵基礎問題。針對傳統研究將C臂圖像校正與C臂成像參數標定當作兩個分離的過程導致C臂導航系統的定位誤差增大問題，擬開展基於非線性成像模型定標的C臂圖像校正理論方法研究。該研究首先通過創新的實驗手段方法獲得C臂成像設備的各種圖像失真分量，然後通過分析與仿真建立圖像各失真分量模型，結合該失真模型進行C臂非線性成像模型參數標定，在獲得C臂成像參數後進行圖像校正，最後通過空間定位與測距試驗來驗證所研究方法。該研究一是避免了傳統C臂圖像校正與成像模型無關問題，二是避免了傳統C臂圖像校正方法需要校準板與成像面平行的假設，三是利用非線性成像模型更精確地表達C臂成像過程。這一工作將為C臂成像設備提供更通用的圖像校正方法，對於新型C臂的研製和提高C臂的導航精度具有重要的研究價值和理論意義。
結題摘要
成像模型標定和圖像校正是利用傳統移動式XRII型C臂影像進行手術圖像導航的關鍵技術。針對傳統研究將C臂圖像校正與C臂成像參數標定當作兩個分離的過程導致C臂導航系統的定位誤差增大問題，設計並實現了一種基於非線性成像模型的C臂系統標定和圖像校正方法，並結合實際系統進行了試驗驗證。主要研究工作如下：（1）分析了傳統C臂系統成像機制和圖像失真類型，重點研究了S形失真成因，提出了一種S形失真模型，在此基礎上改進了C臂的失真模型。（2）針對C臂標定與圖像校正，提出了一種基於失真模型的C臂標定方法，並利用標定的失真參數實現了對圖像失真的校正。在標定過程中，先用圖像中心區域數據結合RAC標定方法實現系統的初標定，然後採用LM最佳化算法將標定結果擴展到整個圖像。基於標定結果，採用後向映射方法和雙線性插值算法實現圖像失真的校正。本研究方法不同於傳統C臂先校正後標定的方法，而是先標定後校正，符合實際成像過程，並且簡化了校準模板的安裝要求。 （3）針對C臂標定自動化的需求，提出了一種圖像標記點自動提取和與空間點位置的自動匹配方法。首先利用數學形態學方法實現了校準模板X光圖像標記點的自動提取。其次，通過建立仿射坐標系並基於仿射變換的不變性實現標定點圖像坐標與空間坐標的自動匹配，從而為實現成像系統快速標定提供了基礎。 （4）通過多組不同試驗驗證了本研究方法的有效性和可行性。首先進行了標記點自動提取與匹配試驗；其次進行了C臂標定與圖像校正比較試驗，本研究圖像校正方法誤差小於0.5像素，優於傳統全局方法；然後進行了空間測距試驗，重建距離最大誤差小於1.40 mm，平均誤差小於0.50 mm；最後進行了體外血管模型試驗和動物臨床試驗，試驗表明本研究研究的方法，滿足系統對C臂標定和圖像校正的要求。 （5）針對C臂位姿變化空間大，一般基於雙目的立體視覺視野工作範圍不夠，研究基於三目立體視覺的空間位姿測量技術對實現C 臂圖像導航有重要意義。本研究圍繞三目立體視覺測量，建立了三目系統模型、搭建了具體的硬體平台，研究了三目系統標定，提出了一種改進的X角點檢測算法，提出了一種三X組合標記的檢測識別算法，搭建了三目立體視覺測量系統試驗平台，並進行了試驗驗證。 本項目研究對提高基於傳統C臂的圖像手術導航系統的效率和精度具有重要意義，並可推廣到基於雙傳統C臂和基於平板C臂的圖像導航系統。
